JP2017217313A - 超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラム - Google Patents

超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】組織性状を定量的かつ正確に推定することができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムを提供する。
【解決手段】超音波観測装置３は、超音波信号に基づいて複数のサンプリング点ごとに複数の種類の物理量を算出する物理量算出部３３３と、超音波の送受信方向に沿った複数の音線のうち注目する音線の設定を行う音線設定部３３４と、注目する音線上の複数のサンプリング点の物理量が閾値を超えるか否かを物理量の種類ごとに判定する個別判定部３３５ａと、個別判定部による判定結果の組み合わせが、予め設定されている組み合わせになっているサンプリング点が存在するか否かを判定する組合せ判定部３３５と、注目する音線上の複数の物理量と、超音波の受信深度との関係を示す各グラフに対して、組合せ判定部による判定結果に応じたグラフデータを生成するグラフデータ生成部３４３と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて観測対象の組織を観測する超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムに関する。
観測対象である生体組織または材料の特性を観測するために、超音波を適用することがある。具体的には、観測対象に超音波を送信し、その観測対象によって反射された超音波エコーに対して所定の信号処理を施すことにより、観測対象の特性に関する情報を取得する。
このうち、超音波を用いた被検体等の観測対象の生体組織の性状（以下、組織性状という）を観測する技術として、受信した超音波信号の反射分布に応じて画像化する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この技術では、反射特性が異なる領域において発生した超音波エコーに基づくエコー信号を選択的に抽出する。抽出した受信信号に基づいて画像化することで、組織性状別に画像表示を行うことができる。
特開２００６−２１７９３４号公報
ここで、特許文献１が開示する技術は、組織性状別にエコー信号を抽出して画像化しているものの、抽出対象の組織性状を定量的かつ正確に推定できるような画像にはなっていなかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、組織性状を定量的かつ正確に推定することができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波観測装置は、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置であって、前記超音波信号に基づいて複数のサンプリング点ごとに複数の種類の物理量を算出する物理量算出部と、前記超音波画像を構成する前記超音波の送受信方向に沿った複数の音線のうち注目する少なくとも一つの音線の設定を行う音線設定部と、前記複数の物理量について、前記音線設定部により設定された注目する音線上の前記複数のサンプリング点の物理量が閾値を超えるか否かを前記物理量の種類ごとに判定する個別判定部と、前記個別判定部による判定結果の組み合わせが、予め設定されている組み合わせになっている前記サンプリング点が存在するか否かを判定する組合せ判定部と、前記注目する音線上の前記複数の物理量と、前記超音波の受信深度との関係を示す各グラフに対して、前記組合せ判定部による判定結果に応じた表示態様を有するグラフデータを生成するグラフデータ生成部と、を備えたことを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記組合せ判定部は、前記複数の物理量のうちのすべての物理量が閾値を超えている前記サンプリング点が存在するか否かを判定することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記組合せ判定部は、前記複数の物理量のうちの少なくとも一つの物理量が閾値を超えている前記サンプリング点が存在するか否かを判定することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記組合せ判定部は、前記複数の物理量のうちのすべての物理量が閾値より小さい前記サンプリング点が存在するか否かを判定することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記観測対象の観測項目に応じた前記複数の物理量の閾値、および前記複数の物理量の前記観測項目に対する対応関係を記憶する物理量情報記憶部と、前記観測項目および少なくとも一つの物理量の設定入力に応じて、設定入力された前記物理量と組をなす前記物理量を設定し、前記組をなす物理量について、各物理量の閾値の設定を行う制御部と、をさらに備えたことを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記グラフデータ生成部は、前記組合せ判定部による判定結果に加え、前記個別判定部による判定結果に応じた表示態様を有する前記グラフデータを生成することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記超音波画像を含む超音波画像データを生成する超音波画像データ生成部をさらに備え、前記超音波画像データ生成部は、前記組合せ判定部による判定結果に応じて前記超音波画像の表示態様を有する前記超音波画像データを生成することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記制御部は、前記超音波画像と、前記グラフとを並べて表示部に表示させることを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記超音波画像および前記グラフは、前記音線の方向と前記受信深度の方向とが揃っていることを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記物理量情報記憶部は、前記観測対象の観測項目に応じた前記物理量の組合せを記憶することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記超音波信号に基づいて生成される信号の周波数を解析することによって複数の周波数スペクトルを算出する周波数解析部をさらに備え、前記物理量算出部は、複数の前記物理量の一つとして、前記周波数解析部が算出した周波数スペクトルに基づく周波数特徴量を算出することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記物理量算出部は、前記周波数解析部が算出した周波数スペクトルを直線近似することによって前記周波数特徴量を算出することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記周波数特徴量は、前記周波数解析部が算出した周波数スペクトルを近似することによって得られた傾き、切片およびミッドバンドフィットのうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置の作動方法は、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、物理量算出部が、前記超音波信号に基づいて複数のサンプリング点ごとに複数の種類の物理量を算出する物理量算出ステップと、音線設定部が、前記超音波画像を構成する前記超音波の送受信方向に沿った複数の音線のうち注目する少なくとも一つの音線の設定を行う音線設定ステップと、個別判定部が、前記複数の物理量について、前記音線設定部により設定された注目する音線上の前記複数のサンプリング点の物理量が閾値を超えるか否かを前記物理量の種類ごとに判定する個別判定ステップと、組合せ判定部が、前記個別判定部による判定結果の組み合わせが、予め設定されている組み合わせになっている前記サンプリング点が存在するか否かを判定する組合せ判定ステップと、グラフデータ生成部と、前記注目する音線上の前記複数の物理量と、前記超音波の受信深度との関係を示す各グラフに対して、前記組合せ判定部による判定結果に応じた表示態様を有するグラフデータを生成するグラフデータ生成ステップと、を含むことを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置の作動プログラムは、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動プログラムであって、物理量算出部が、前記超音波信号に基づいて複数のサンプリング点ごとに複数の種類の物理量を算出する物理量算出手順と、音線設定部が、前記超音波画像を構成する前記超音波の送受信方向に沿った複数の音線のうち注目する少なくとも一つの音線の設定を行う音線設定手順と、個別判定部が、前記複数の物理量について、前記音線設定部により設定された注目する音線上の前記複数のサンプリング点の物理量が閾値を超えるか否かを前記物理量の種類ごとに判定する個別判定手順と、組合せ判定部が、前記個別判定部による判定結果の組み合わせが、予め設定されている組み合わせになっている前記サンプリング点が存在するか否かを判定する組合せ判定手順と、グラフデータ生成部と、前記注目する音線上の前記複数の物理量と、前記超音波の受信深度との関係を示す各グラフに対して、前記組合せ判定部による判定結果に応じた表示態様を有するグラフデータを生成するグラフデータ生成手順と、を前記超音波観測装置に実行させることを特徴とする。
本発明によれば、組織性状を定量的かつ正確に推定することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置を備えた超音波観測システムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の信号増幅部が行う増幅処理における受信深度と増幅率との関係を示す図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の増幅補正部が行う増幅補正処理における受信深度と増幅率との関係を示す図である。 図４は、超音波信号の１つの音線におけるデータ配列を模式的に示す図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の周波数解析部により算出された周波数スペクトルの例を示す図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の減衰補正部が補正した補正特徴量をパラメータとして有する直線を示す図である。 図７は、組織性状と物理量との関係を説明する図である。 図８は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う処理の概要を示すフローチャートである。 図９は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の周波数解析部が実行する処理の概要を示すフローチャートである。 図１０は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測システムの表示装置における特徴量画像の表示例を模式的に示す図である。 図１１は、本発明の一実施の形態の変形例２に係る超音波観測装置の表示装置における特徴量画像の表示例を模式的に示す図である。 図１２は、本発明の一実施の形態の変形例３に係る超音波観測装置の表示装置における特徴量画像の表示例を模式的に示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置３を備えた超音波観測システム１の構成を示すブロック図である。同図に示す超音波観測システム１は、観測対象である被検体へ超音波を送信し、該被検体で反射された超音波を受信する超音波内視鏡２（超音波プローブ）と、超音波内視鏡２が取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置３と、超音波観測装置３が生成した超音波画像を表示する表示装置４と、を備える。
超音波内視鏡２は、その先端部に、超音波観測装置３から受信した電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する超音波振動子２１を有する。超音波振動子２１は、コンベックス振動子、リニア振動子およびラジアル振動子のいずれでも構わない。超音波内視鏡２は、超音波振動子２１をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子２１として複数の素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。
超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系および撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、または呼吸器（気管、気管支）へ挿入され、消化管および呼吸器、その周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）のいずれかを撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置に接続されている。なお、超音波内視鏡２に限らず、撮像光学系および撮像素子を有しない超音波プローブであってもよい。
超音波観測装置３は、超音波内視鏡２と電気的に接続され、所定の波形および送信タイミングに基づいて高電圧パルスからなる送信信号（パルス信号）を超音波振動子２１へ送信するとともに、超音波振動子２１から電気的な受信信号であるエコー信号を受信してデジタルの高周波（ＲＦ：Radio Frequency）信号のデータ（以下、ＲＦデータという）を生成、出力する送受信部３１と、送受信部３１から受信したＲＦデータをもとにデジタルのＢモード用受信データを生成する信号処理部３２と、送受信部３１から受信したＲＦデータに対して所定の演算を施す演算部３３と、各種画像データを生成する画像処理部３４と、キーボード、マウス、タッチパネル等のユーザインタフェースを用いて実現され、各種情報の入力を受け付ける入力部３５と、超音波観測システム１全体を制御する制御部３６と、超音波観測装置３の動作に必要な各種情報を記憶する記憶部３７と、を備える。
送受信部３１は、エコー信号を増幅する信号増幅部３１１を有する。信号増幅部３１１は、受信深度が大きいエコー信号ほど高い増幅率で増幅するＳＴＣ（Sensitivity Time Control）補正を行う。図２は、信号増幅部３１１が行う増幅処理における受信深度と増幅率との関係を示す図である。図２に示す受信深度ｚは、超音波の受信開始時点からの経過時間に基づいて算出される量である。図２に示すように、増幅率β（ｄＢ）は、受信深度ｚが閾値ｚthより小さい場合、受信深度ｚの増加に伴ってβ０からβth（＞β0）へ線型に増加する。また、増幅率β（ｄＢ）は、受信深度ｚが閾値ｚth以上である場合、一定値βthをとる。閾値ｚthの値は、観測対象から受信する超音波信号がほとんど減衰してしまい、ノイズが支配的になるような値である。より一般に、増幅率βは、受信深度ｚが閾値ｚthより小さい場合、受信深度ｚの増加に伴って単調増加すればよい。なお、図２に示す関係は、予め記憶部３７に記憶されている。
送受信部３１は、信号増幅部３１１によって増幅されたエコー信号に対してフィルタリング等の処理を施した後、Ａ／Ｄ変換することによって時間ドメインのＲＦデータを生成し、信号処理部３２および演算部３３へ出力する。なお、超音波内視鏡２が複数の素子をアレイ状に設けた超音波振動子２１を電子的に走査させる構成を有する場合、送受信部３１は、複数の素子に対応したビーム合成用の多チャンネル回路を有する。
送受信部３１が送信するパルス信号の周波数帯域は、超音波振動子２１におけるパルス信号の超音波パルスへの電気音響変換の線型応答周波数帯域をほぼカバーする広帯域にするとよい。また、信号増幅部３１１におけるエコー信号の各種処理周波数帯域は、超音波振動子２１による超音波エコーのエコー信号への音響電気変換の線型応答周波数帯域をほぼカバーする広帯域にするとよい。これらにより、後述する周波数スペクトルの近似処理を実行する際、精度のよい近似を行うことが可能となる。
送受信部３１は、制御部３６が出力する各種制御信号を超音波内視鏡２に対して送信するとともに、超音波内視鏡２から識別用のＩＤを含む各種情報を受信して制御部３６へ送信する機能も有する。
信号処理部３２は、ＲＦデータに対してバンドパスフィルタ、包絡線検波、対数変換など公知の処理を施し、デジタルのＢモード用受信データを生成する。対数変換では、ＲＦデータを基準電圧Ｖcで除した量の常用対数をとってデシベル値で表現する。信号処理部３２は、生成したＢモード用受信データを、画像処理部３４へ出力する。信号処理部３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や各種演算回路等を用いて実現される。
演算部３３は、送受信部３１が生成したＲＦデータに対して受信深度によらず増幅率βを一定とするよう増幅補正を行う増幅補正部３３１と、増幅補正を行ったＲＦデータに高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を施して周波数解析を行うことにより周波数スペクトルを算出する周波数解析部３３２と、周波数解析部３３２により算出された周波数スペクトルをもとに、該周波数スペクトルの特徴量を算出する特徴量算出部３３３と、画像内において音線の設定を行う音線設定部３３４と、音線設定部３３４により設定された音線における複数の物理量について、各々設定されている閾値を超えているか否かを判定する判定部３３５と、を有する。演算部３３は、ＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。
図３は、増幅補正部３３１が行う増幅補正処理における受信深度と増幅率との関係を示す図である。図３に示すように、増幅補正部３３１が行う増幅補正処理における増幅率β（ｄＢ）は、受信深度ｚがゼロのとき最大値βth−β0をとり、受信深度ｚがゼロから閾値ｚthに達するまで線型に減少し、受信深度ｚが閾値ｚth以上のときゼロである。このように定められる増幅率によって増幅補正部３３１がデジタルＲＦ信号を増幅補正することにより、信号処理部３２におけるＳＴＣ補正の影響を相殺し、一定の増幅率βthの信号を出力することができる。なお、増幅補正部３３１が行う受信深度ｚと増幅率βの関係は、信号処理部３２における受信深度と増幅率の関係に応じて異なることは勿論である。
このような増幅補正を行う理由を説明する。ＳＴＣ補正は、アナログ信号波形の振幅を全周波数帯域にわたって均一に、かつ、深度に対しては単調増加する増幅率で増幅させることで、アナログ信号波形の振幅から減衰の影響を排除する補正処理である。このため、エコー信号の振幅を輝度に変換して表示するＢモード画像を生成する場合、かつ、一様な組織を走査した場合には、ＳＴＣ補正を行うことによって深度によらず輝度値が一定になる。すなわち、Ｂモード画像の輝度値から減衰の影響を排除する効果を得ることができる。
一方、本実施の形態のように超音波の周波数スペクトルを算出して解析した結果を利用する場合、ＳＴＣ補正でも超音波の伝播に伴う減衰の影響を正確に排除できるわけではない。なぜなら、一般に減衰量は周波数によって異なるが（後述する式（１）を参照）、ＳＴＣ補正の増幅率は距離だけに応じて変化し、周波数依存性がないためである。
上述した問題、すなわち、超音波の周波数スペクトルを算出して解析した結果を利用する場合、ＳＴＣ補正でも超音波の伝播に伴う減衰の影響を正確に排除できるわけではない、という問題を解決するには、Ｂモード画像を生成する際にＳＴＣ補正を施した受信信号を出力する一方、周波数スペクトルに基づいた画像を生成する際に、Ｂモード画像を生成するための送信とは異なる新たな送信を行い、ＳＴＣ補正を施していない受信信号を出力することが考えられる。ところがこの場合には、受信信号に基づいて生成される画像データのフレームレートが低下してしまうという問題がある。
そこで、本実施の形態では、生成される画像データのフレームレートを維持しつつ、Ｂモード画像用にＳＴＣ補正を施した信号に対してＳＴＣ補正の影響を排除するために、増幅補正部３３１によって増幅率の補正を行う。
周波数解析部３３２は、増幅補正部３３１が増幅補正した各音線のＲＦデータ（ラインデータ）を所定の時間間隔でサンプリングし、サンプルデータを生成する。周波数解析部３３２は、サンプルデータ群にＦＦＴ処理を施すことにより、ＲＦデータ上の複数の箇所（データ位置）における周波数スペクトルを算出する。ここでいう「周波数スペクトル」とは、サンプルデータ群にＦＦＴ処理を施すことによって得られた「ある受信深度ｚにおける強度の周波数分布」を意味する。また、ここでいう「強度」とは、例えばエコー信号の電圧、エコー信号の電力、超音波エコーの音圧、超音波エコーの音響エネルギー等のパラメータ、これらパラメータの振幅や時間積分値やその組み合わせのいずれかを指す。
一般に、周波数スペクトルは、観測対象が生体組織である場合、超音波が走査された生体組織の性状によって異なる傾向を示す。これは、周波数スペクトルが、超音波を散乱する散乱体の大きさ、数密度、音響インピーダンス等と相関を有しているためである。ここでいう「生体組織の性状」とは、例えば悪性腫瘍（癌）、良性腫瘍、内分泌腫瘍、粘液性腫瘍、正常組織、嚢胞、脈管などのことである。
図４は、超音波信号の１つの音線におけるデータ配列を模式的に示す図である。同図に示す音線ＳＲkにおいて、白または黒の長方形は、一つのサンプリング点におけるデータを意味している。また、音線ＳＲkにおいて、右側に位置するデータほど、超音波振動子２１から音線ＳＲkに沿って計った場合の深い箇所からのサンプルデータである（図４の矢印を参照）。音線ＳＲkは、送受信部３１が行うＡ／Ｄ変換におけるサンプリング周波数（例えば５０ＭＨｚ）に対応した時間間隔で離散化されている。図４では、番号ｋの音線ＳＲkの８番目のデータ位置を受信深度ｚの方向の初期値Ｚ(k) 0として設定した場合を示しているが、初期値の位置は任意に設定することができる。周波数解析部３３２による算出結果は複素数で得られ、記憶部３７に格納される。
図４に示すデータ群Ｆj（ｊ＝１、２、・・・、Ｋ）は、ＦＦＴ処理の対象となるサンプルデータ群である。一般に、ＦＦＴ処理を行うためには、サンプルデータ群が２のべき乗のデータ数を有している必要がある。この意味で、サンプルデータ群Ｆj（ｊ＝１、２、・・・、Ｋ−１）はデータ数が１６（＝２4）で正常なデータ群である一方、サンプルデータ群ＦKは、データ数が１２であるため異常なデータ群である。異常なデータ群に対してＦＦＴ処理を行う際には、不足分だけゼロデータを挿入することにより、正常なサンプルデータ群を生成する処理を行う。この点については、周波数解析部３３２の処理を説明する際に詳述する（図９を参照）。
図５は、周波数解析部３３２により算出された周波数スペクトルの例を示す図である。図５では、横軸が周波数ｆである。また、図５では、縦軸が、強度Ｉ0を基準強度Ｉc（定数）で除した量の常用対数（デシベル表現）Ｉ＝１０ｌｏｇ10（Ｉ0／Ｉc）である。図５に示す直線Ｌ10については後述する。なお、本実施の形態において、曲線および直線は、離散的な点の集合からなる。
図５に示す周波数スペクトルＣ1において、以後の演算に使用する周波数帯域の下限周波数ｆLおよび上限周波数ｆHは、超音波振動子２１の周波数帯域、送受信部３１が送信するパルス信号の周波数帯域などをもとに決定されるパラメータである。以下、図５において、下限周波数ｆLおよび上限周波数ｆHによって定まる周波数帯域を「周波数帯域Ｆ」という。
特徴量算出部３３３は、例えば、設定されている関心領域（ＲＯＩ）内において、複数の周波数スペクトルの特徴量をそれぞれ算出する。特徴量算出部３３３は、周波数スペクトルを直線で近似することによって減衰補正処理を行う前の周波数スペクトルの特徴量（以下、補正前特徴量という）を算出する近似部３３３ａと、近似部３３３ａが算出した補正前特徴量に対して減衰補正を行うことによって特徴量を算出する減衰補正部３３３ｂと、を有する。特徴量算出部３３３は、本発明の物理量算出部に相当する。
近似部３３３ａは、所定周波数帯域における周波数スペクトルの回帰分析を行って周波数スペクトルを一次式（回帰直線）で近似することにより、この近似した一次式を特徴付ける補正前特徴量を算出する。例えば、図５に示す周波数スペクトルＣ1の場合、近似部３３３ａは、周波数帯域Ｆで回帰分析を行い周波数スペクトルＣ1を一次式で近似することによって回帰直線Ｌ10を得る。換言すると、近似部３３３ａは、回帰直線Ｌ10の傾きａ0、切片ｂ0、および周波数帯域Ｆの中心周波数ｆM＝（ｆL＋ｆH）／２の回帰直線上の値であるミッドバンドフィット（Mid-band fit）ｃ0＝ａ0ｆM＋ｂ0を補正前特徴量として算出する。
３つの補正前特徴量のうち、傾きａ0は、超音波の散乱体の大きさと相関を有し、一般に散乱体が大きいほど傾きが小さな値を有すると考えられる。また、切片ｂ0は、散乱体の大きさ、音響インピーダンスの差、散乱体の数密度（濃度）等と相関を有している。具体的には、切片ｂ0は、散乱体が大きいほど大きな値を有し、音響インピーダンスの差が大きいほど大きな値を有し、散乱体の数密度が大きいほど大きな値を有すると考えられる。ミッドバンドフィットｃ0は、傾きａ0と切片ｂ0から導出される間接的なパラメータであり、有効な周波数帯域内の中心におけるスペクトルの強度を与える。このため、ミッドバンドフィットｃ0は、散乱体の大きさ、音響インピーダンスの差、散乱体の数密度に加えて、Ｂモード画像の輝度とある程度の相関を有していると考えられる。なお、特徴量算出部３３３は、回帰分析によって二次以上の多項式で周波数スペクトルを近似するようにしてもよい。
減衰補正部３３３ｂが行う補正について説明する。一般に、超音波の減衰量Ａ（ｆ，ｚ）は、超音波が受信深度０と受信深度ｚとの間を往復する間に生じる減衰であり、往復する前後の強度変化（デシベル表現での差）として定義される。減衰量Ａ（ｆ，ｚ）は、一様な組織内では周波数に比例することが経験的に知られており、以下の式（１）で表現される。
Ａ（ｆ，ｚ）＝２αｚｆ ・・・（１）
ここで、比例定数αは減衰率と呼ばれる量である。また、ｚは超音波の受信深度であり、ｆは周波数である。減衰率αの具体的な値は、観測対象が生体である場合、生体の部位に応じて定まる。減衰率αの単位は、例えばｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚである。なお、本実施の形態において、減衰率αの値を入力部３５からの入力によって変更できる構成とすることも可能である。
減衰補正部３３３ｂは、近似部３３３ａが抽出した補正前特徴量（傾きａ0、切片ｂ0、ミッドバンドフィットｃ0）に対し、以下に示す式（２）〜（４）にしたがって減衰補正を行うことにより、特徴量ａ、ｂ、ｃを算出する。
ａ＝ａ0＋２αｚ ・・・（２）
ｂ＝ｂ0 ・・・（３）
ｃ＝ｃ0＋Ａ（ｆM，ｚ）＝ｃ0＋２αｚｆM（＝ａｆM＋ｂ） ・・・（４）
式（２）、（４）からも明らかなように、減衰補正部３３３ｂは、超音波の受信深度ｚが大きいほど、補正量が大きい補正を行う。また、式（３）によれば、切片に関する補正は恒等変換である。これは、切片が周波数０（Ｈｚ）に対応する周波数成分であって減衰の影響を受けないためである。
図６は、減衰補正部３３３ｂが算出した特徴量ａ、ｂ、ｃをパラメータとして有する直線を示す図である。直線Ｌ1の式は、
Ｉ＝ａｆ＋ｂ＝（ａ0＋２αｚ）ｆ＋ｂ0 ・・・（５）
で表される。この式（５）からも明らかなように、直線Ｌ1は、減衰補正前の直線Ｌ10と比較して、傾きが大きく（ａ＞ａ0）、かつ切片が同じ（ｂ＝ｂ0）である。
音線設定部３３４は、例えば、入力部３５を介して入力された設定入力に応じて、音線の設定を行う。音線設定部３３４は、設定入力された入力点を通過し、かつ超音波の送受信方向に沿って延びる音線を、注目する音線（以下、注目音線ともいう）に設定する。音線設定部３３４は、設定入力された一つまたは複数の入力点に応じて、一つまたは複数の音線を注目音線として設定する。また、音線設定部３３４は、設定入力された複数の入力点を結んでなる直線であって、超音波の送受信方向とは異なる方向に延びる直線を注目音線として設定してもよい。
判定部３３５は、音線設定部３３４により設定された注目音線における複数のサンプリング点の物理量が、各物理量について各々設定されている閾値を超えているか否かを物理量ごとに判定する個別判定部３３５ａと、個別判定部３３５ａによる判定結果の組み合わせにおいて、同一サンプリング点において各物理量が閾値を超えているサンプリング点があるか否かを判定する組合せ判定部３３５ｂと、を有する。
画像処理部３４は、エコー信号の振幅を輝度に変換して表示する超音波画像であるＢモード画像データを生成するＢモード画像データ生成部３４１と、減衰補正部３３３ｂが算出した特徴量を視覚情報と関連づけてＢモード画像とともに表示する特徴量画像データを生成する特徴量画像データ生成部３４２と、物理量と深度との関係を示すグラフデータを物理量ごとに生成するグラフデータ生成部３４３と、を有する。本明細書では、Ｂモード画像データ生成部３４１および特徴量画像データ生成部３４２のうちの少なくとも一方により超音波画像データ生成部が構成される。
Ｂモード画像データ生成部３４１は、信号処理部３２から受信したＢモード用受信データに対してゲイン処理、コントラスト処理等の公知の技術を用いた信号処理を行うとともに、表示装置４における画像の表示レンジに応じて定まるデータステップ幅に応じたデータの間引き等を行うことによってＢモード画像データを生成する。Ｂモード画像は、色空間としてＲＧＢ表色系を採用した場合の変数であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の値を一致させたグレースケール画像である。
Ｂモード画像データ生成部３４１は、信号処理部３２からのＢモード用受信データに走査範囲を空間的に正しく表現できるよう並べ直す座標変換を施した後、Ｂモード用受信データ間の補間処理を施すことによってＢモード用受信データ間の空隙を埋め、Ｂモード画像データを生成する。Ｂモード画像データ生成部３４１は、生成したＢモード画像データを特徴量画像データ生成部３４２へ出力する。
特徴量画像データ生成部３４２は、特徴量算出部３３３が算出した特徴量に関連する視覚情報をＢモード画像データにおける画像の各画素に対して重畳することによって特徴量画像データを生成する。特徴量画像データ生成部３４２は、例えば図４に示す一つのサンプルデータ群Ｆj（ｊ＝１、２、・・・、Ｋ）のデータ量に対応する画素領域に対し、そのサンプルデータ群Ｆjから算出される周波数スペクトルの特徴量に対応する視覚情報を割り当てる。特徴量画像データ生成部３４２は、例えば上述した傾き、切片、ミッドバンドフィットのいずれか一つに視覚情報としての色相を対応付けることによって特徴量画像を生成する。具体的に、特徴量画像データ生成部３４２は、特徴量ａに視覚情報としての色相を対応付ける場合、予め設定されている色相スケールを参照して視覚情報を割り当てる。特徴量に関連する視覚情報としては、色相のほか、例えば彩度、明度、輝度値、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）などの所定の表色系を構成する色空間の変数を挙げることができる。
グラフデータ生成部３４３は、判定部３３５による判定結果を強調表示したグラフデータを物理量ごとに生成する。具体的には、グラフデータ生成部３４３は、物理量と、複数のサンプリング点の点列に沿った深度との関係を示すグラフを生成する。ここでいう深度は、上述した受信深度に相当する。グラフデータ生成部３４３は、組合せ判定部３３５ｂが、各物理量が閾値を超えているサンプリング点があると判定した場合、このサンプリング点を含む深度の領域に応じたグラフの背景を強調表示したグラフデータを生成する。本実施の形態では、グラフ中の各物理量が閾値を超えているサンプリング点を含む領域の背景の色を、他の領域の色とは異なる色で表現するものとして説明する。
制御部３６は、演算および制御機能を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）や各種演算回路等を用いて実現される。制御部３６は、記憶部３７が記憶、格納する情報を記憶部３７から読み出し、超音波観測装置３の作動方法に関連した各種演算処理を実行することによって超音波観測装置３を統括して制御する。なお、制御部３６を信号処理部３２および演算部３３と共通のＣＰＵ等を用いて構成することも可能である。
記憶部３７は、減衰補正部３３３ｂが周波数スペクトルごとに算出した複数の特徴量や、画像処理部３４が生成した画像データおよびグラフデータを記憶する。また、記憶部３７は、判定部３３５が判定を行うための物理量の閾値を、組織性状ごとに記憶する物理量情報記憶部３７１を有する。例えば、特徴量ａ、ｃを物理量として用いる場合、特徴量ａに対する閾値、特徴量ｃに対する閾値が組織性状ごとに予め設定されており、物理量情報記憶部３７１は、これらの閾値を、物理量および組織性状に関連付けて記憶している。
図７は、組織性状と物理量との関係を説明する図である。図７では、横軸が特徴量ａである。また、図７では、縦軸が特徴量ｃである。図７は、特徴量ａおよび特徴量ｃの分布を示すグラフとなっている。
ここで、図７に示すように、組織性状の種類によって、特徴量ａおよび特徴量ｃの分布が異なる。例えば、ある組織性状は領域Ｑ1に分布され、それとは異なる組織性状は領域Ｑ2に分布される。このように、組織性状ごとに、各物理量の閾値を設定しておくことによって、観察する組織性状、および物理量が設定された場合に、適切な閾値の設定を行うことができる。
記憶部３７は、上記以外にも、例えば増幅処理に必要な情報（図２に示す増幅率と受信深度との関係）、増幅補正処理に必要な情報（図３に示す増幅率と受信深度との関係）、減衰補正処理に必要な情報（式（１）参照）、周波数解析処理に必要な窓関数（Hamming、Hanning、Blackman等）の情報等を記憶する。
また、記憶部３７は、超音波観測装置３の作動方法を実行するための作動プログラムを含む各種プログラムを記憶する。作動プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。なお、上述した各種プログラムは、通信ネットワークを介してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう通信ネットワークは、例えば既存の公衆回線網、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。
以上の構成を有する記憶部３７は、各種プログラム等が予めインストールされたＲＯＭ（Read Only Memory）、および各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を用いて実現される。
図８は、以上の構成を有する超音波観測装置３が行う処理の概要を示すフローチャートである。まず、超音波観測装置３は、超音波内視鏡２から超音波振動子２１による観測対象の測定結果としてのエコー信号を受信する（ステップＳ１）。
超音波振動子２１からエコー信号を受信した信号増幅部３１１は、そのエコー信号の増幅を行う（ステップＳ２）。ここで、信号増幅部３１１は、例えば図２に示す増幅率と受信深度との関係に基づいてエコー信号の増幅（ＳＴＣ補正）を行う。
続いて、Ｂモード画像データ生成部３４１は、信号増幅部３１１が増幅したエコー信号を用いてＢモード画像データを生成して、表示装置４へ出力する（ステップＳ３）。Ｂモード画像データを受信した表示装置４は、そのＢモード画像データに対応するＢモード画像を表示する（ステップＳ４）。
増幅補正部３３１は、送受信部３１から出力された信号に対して受信深度によらず増幅率が一定となる増幅補正を行う（ステップＳ５）。ここで、増幅補正部３３１は、例えば図３に示す増幅率と受信深度との関係が成立するように増幅補正を行う。
この後、周波数解析部３３２は、ＦＦＴ演算による周波数解析を行うことによって全てのサンプルデータ群に対する周波数スペクトルを算出する（ステップＳ６：周波数解析ステップ）。図９は、ステップＳ６において周波数解析部３３２が実行する処理の概要を示すフローチャートである。以下、図９に示すフローチャートを参照して、周波数解析処理を詳細に説明する。
まず、周波数解析部３３２は、解析対象の音線を識別するカウンタｋをｋ0とする（ステップＳ２１）。
続いて、周波数解析部３３２は、ＦＦＴ演算用に取得する一連のデータ群（サンプルデータ群）を代表するデータ位置（受信深度に相当）Ｚ(k)の初期値Ｚ(k) 0を設定する（ステップＳ２２）。例えば、図４では、上述したように、音線ＳＲkの８番目のデータ位置を初期値Ｚ(k) 0として設定した場合を示している。
その後、周波数解析部３３２は、サンプルデータ群を取得し（ステップＳ２３）、取得したサンプルデータ群に対し、記憶部３７が記憶する窓関数を作用させる（ステップＳ２４）。このようにサンプルデータ群に対して窓関数を作用させることにより、サンプルデータ群が境界で不連続になることを回避し、アーチファクトが発生するのを防止することができる。
続いて、周波数解析部３３２は、データ位置Ｚ(k)のサンプルデータ群が正常なデータ群であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。図４を参照した際に説明したように、サンプルデータ群は、２のべき乗のデータ数を有している必要がある。以下、正常なサンプルデータ群のデータ数を２n（ｎは正の整数）とする。本実施の形態では、データ位置Ｚ(k)が、できるだけＺ(k)が属するサンプルデータ群の中心になるよう設定される。具体的には、サンプルデータ群のデータ数は２nであるので、Ｚ(k)はそのサンプルデータ群の中心に近い２n／２（＝２n-1）番目の位置に設定される。この場合、サンプルデータ群が正常であるとは、データ位置Ｚ(k)の前方に２n-1−１（＝Ｎとする）個のデータがあり、データ位置Ｚ(k)の後方に２n-1（＝Ｍとする）個のデータがあることを意味する。図４に示す場合、サンプルデータ群Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3、・・・、ＦK-1はともに正常である。なお、図４ではｎ＝４（Ｎ＝７，Ｍ＝８）の場合を例示している。
ステップＳ２５における判定の結果、データ位置Ｚ(k)のサンプルデータ群が正常である場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、周波数解析部３３２は、後述するステップＳ２７へ移行する。
ステップＳ２５における判定の結果、データ位置Ｚ(k)のサンプルデータ群が正常でない場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、周波数解析部３３２は、不足分だけゼロデータを挿入することによって正常なサンプルデータ群を生成する（ステップＳ２６）。ステップＳ２５において正常でないと判定されたサンプルデータ群（例えば図４のサンプルデータ群ＦK）は、ゼロデータを追加する前に窓関数が作用されている。このため、サンプルデータ群にゼロデータを挿入してもデータの不連続は生じない。ステップＳ２６の後、周波数解析部３３２は、後述するステップＳ２７へ移行する。
ステップＳ２７において、周波数解析部３３２は、サンプルデータ群を用いてＦＦＴ演算を行うことにより、振幅の周波数分布である周波数スペクトルを得る（ステップＳ２７）。
続いて、周波数解析部３３２は、データ位置Ｚ(k)をステップ幅Ｄで変化させる（ステップＳ２８）。ステップ幅Ｄは、記憶部３７が予め記憶しているものとする。図４では、Ｄ＝１５の場合を例示している。ステップ幅Ｄは、Ｂモード画像データ生成部３４１がＢモード画像データを生成する際に利用するデータステップ幅と一致させることが望ましいが、周波数解析部３３２における演算量を削減したい場合には、ステップ幅Ｄとしてデータステップ幅より大きい値を設定してもよい。
その後、周波数解析部３３２は、データ位置Ｚ(k)が音線ＳＲkにおける最大値Ｚ(k) maxより大きいか否かを判定する（ステップＳ２９）。データ位置Ｚ(k)が最大値Ｚ(k) maxより大きい場合（ステップＳ２９：Ｙｅｓ）、周波数解析部３３２はカウンタｋを１増加させる（ステップＳ３０）。これは、処理をとなりの音線へ移すことを意味する。一方、データ位置Ｚ(k)が最大値Ｚ(k) max以下である場合（ステップＳ２９：Ｎｏ）、周波数解析部３３２はステップＳ２３へ戻る。このようにして、周波数解析部３３２は、音線ＳＲkに対して、［（Ｚ(k) max−Ｚ(k) 0＋１）／Ｄ＋１］個のサンプルデータ群に対するＦＦＴ演算を行う。ここで、［Ｘ］は、Ｘを超えない最大の整数を表す。
ステップＳ３０の後、周波数解析部３３２は、カウンタｋが最大値ｋmaxより大きいか否かを判定する（ステップＳ３１）。カウンタｋが最大値ｋmaxより大きい場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、周波数解析部３３２は一連の周波数解析処理を終了する。一方、カウンタｋが最大値ｋmax以下である場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、周波数解析部３３２はステップＳ２２に戻る。この最大値ｋmaxは、術者等のユーザが入力部３５を通じて任意に指示入力した値、もしくは、記憶部３７にあらかじめ設定された値とする。
このようにして、周波数解析部３３２は、解析対象領域内の（ｋmax−ｋ0＋１）本の音線の各々について複数回のＦＦＴ演算を行う。ＦＦＴ演算の結果は、受信深度および受信方向とともに記憶部３７に格納される。
なお、以上の説明では、周波数解析部３３２が超音波信号を受信したすべての領域に対して周波数解析処理を行うものとしたが、設定された関心領域内においてのみ周波数解析処理を行うようにすることも可能である。
以上説明したステップＳ６の周波数解析処理に続いて、特徴量算出部３３３は、複数の周波数スペクトルの補正前特徴量をそれぞれ算出し、各周波数スペクトルの補正前特徴量に対して超音波の減衰の影響を排除する減衰補正を行うことによって各周波数スペクトルの補正特徴量を算出する（ステップＳ７〜Ｓ８：特徴量算出ステップ）。
ステップＳ７において、近似部３３３ａは、周波数解析部３３２が生成した複数の周波数スペクトルをそれぞれ回帰分析することにより、各周波数スペクトルに対応する補正前特徴量を算出する（ステップＳ７）。具体的には、近似部３３３ａは、各周波数スペクトルを回帰分析することによって一次式で近似し、補正前特徴量として傾きａ0、切片ｂ0、ミッドバンドフィットｃ0を算出する。例えば、図５に示す直線Ｌ10は、近似部３３３ａが周波数帯域Ｆの周波数スペクトルＣ1に対し回帰分析によって近似した回帰直線である。
続いて、減衰補正部３３３ｂは、近似部３３３ａが各周波数スペクトルに対して近似した補正前特徴量に対し、減衰率αを用いて減衰補正を行うことにより、補正特徴量を算出し、算出した補正特徴量を記憶部３７に格納する（ステップＳ８：物理量算出ステップ）。図６に示す直線Ｌ1は、減衰補正部３３３ｂが減衰補正処理を行うことによって得られる直線の例である。
ステップＳ８において、減衰補正部３３３ｂは、上述した式（２）、（４）における受信深度ｚに、超音波信号の音線のデータ配列を用いて得られるデータ位置Ｚ＝（ｆsp／２ｖs）Ｄｎを代入することによって算出する。ここで、ｆspはデータのサンプリング周波数、ｖsは音速、Ｄはデータステップ幅、ｎは処理対象のサンプルデータ群のデータ位置までの音線の１番目のデータからのデータステップ数である。例えば、データのサンプリング周波数ｆspを５０ＭＨｚとし、音速ｖsを１５３０ｍ／ｓｅｃとし、図４に示すデータ配列を採用してデータステップ幅Ｄを１５とすると、ｚ＝０．２２９５ｎ（ｍｍ）となる。
その後、制御部３６は、音線の設定入力があるか否かを判断する（ステップＳ９）。ここで、制御部３６は、音線の設定入力がないと判断した場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、ステップＳ１６に移行する。これに対し、制御部３６は、音線の設定入力があると判断した場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０に移行する。
ステップＳ１０では、音線設定部３３４が、音線の設定を行う。音線設定部３３４は、例えば、入力部３５を介して入力された設定入力に応じて、注目音線の設定を行う（音線設定ステップ）。
その後、判定部３３５が、複数の物理量について判定処理を行う（ステップＳ１１〜Ｓ１２）。本実施の形態では、特徴量ａ、ｃが判定対象の物理量として設定されているものとして説明する。
まず、ステップＳ１１において、個別判定部３３５ａが、音線設定部３３４により設定された注目音線における複数のサンプリング点の物理量が、各々設定されている閾値を超えているか否かを物理量ごとに判定する（個別判定ステップ）。
その後のステップＳ１２において、組合せ判定部３３５ｂが、個別判定部３３５ａによる判定結果の組み合わせにより、同一サンプリング点において各物理量が閾値を超えているサンプリング点があるか否かを判定する（組合せ判定ステップ）。
ステップＳ１２に続くステップＳ１３において、グラフデータ生成部３４３が、判定部３３５による判定結果を強調表示したグラフデータを物理量ごとに生成する（グラフデータ生成ステップ）。具体的には、グラフデータ生成部３４３は、組合せ判定部３３５ｂが、各物理量が閾値を超えているサンプリング点があると判定した場合、このサンプリング点を含む深度の領域に応じたグラフの背景を強調表示したグラフデータを生成する。
特徴量画像データ生成部３４２は、Ｂモード画像データ生成部３４１が生成したＢモード画像データにおける各画素に対し、ステップＳ８で算出された特徴量に関連づけた視覚情報（例えば色相）を重畳することによって特徴量画像データを生成する（ステップＳ１４）。
この後、表示装置４は、制御部３６の制御のもと、グラフデータ生成部３４３が生成したグラフデータに基づくグラフとともに、特徴量画像データ生成部３４２が生成した特徴量画像データに対応する特徴量画像を表示する（ステップＳ１５）。図１０は、表示装置４における特徴量画像の表示例を模式的に示す図である。同図に示す特徴量画像２０１は、リニア振動子により取得したエコー信号に基づくＢモード画像に特徴量に関する視覚情報が重畳された画像を表示する重畳画像表示部２０２と、観測対象の識別情報などを表示する情報表示部２０３と、グラフデータ生成部３４３が生成したグラフを表示するグラフ表示部２０４とを有する。
グラフ表示部２０４には、物理量に応じた各グラフが表示される。具体的に、図１０では、グラフ表示部２０４において、特徴量ａと深度との関係を示すグラフと、特徴量ｃと深度との関係を示すグラフとが表示されるとともに、組合せ判定部３３５ｂによる判定結果に応じた深度領域が強調して表示されている。また、各グラフは、深度の方向が、注目音線の方向と揃っている。これにより、ユーザは、特徴量画像を確認しつつ、組織性状に関連する特徴量ａ、ｃの数値や、特徴量ａの閾値ａth、特徴量ｃのｃthを超えた深度領域を確認することができ、定量的に組織性状の推定を行うことができる。なお、注目音線が複数設定されている場合、物理量に応じたグラフが、注目音線ごとに、深度方向と音線の方向とを揃えて並べて表示される。
なお、情報表示部２０３に、特徴量の情報、近似式の情報、ゲインやコントラスト等の画像情報等をさらに表示するようにしてもよい。また、特徴量画像に対応するＢモード画像を特徴量画像と並べて表示してもよい。また、コンベックス振動子により超音波画像が生成されている場合には、超音波画像を回転させて受信深度の方向をグラフの深度の方向と揃えるようにすることが好ましい。
また、ステップＳ９に続くステップＳ１６において、特徴量画像データ生成部３４２は、Ｂモード画像データ生成部３４１が生成したＢモード画像データにおける各画素に対し、ステップＳ８で算出された特徴量に関連づけた視覚情報（例えば色相）を重畳することによって特徴量画像データを生成する。
その後、表示装置４は、制御部３６の制御のもと、特徴量画像データ生成部３４２が生成した特徴量画像データに対応する特徴量画像を表示する（ステップＳ１７）。
以上説明してきた一連の処理（ステップＳ１〜Ｓ１７）において、ステップＳ３の処理とステップＳ４〜Ｓ１７の処理とを並行して行うようにしてもよい。
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、判定部３３５が、設定された注目音線における複数の物理量が閾値を超えているか否かを物理量ごと、かつ注目音線上の所定の受信深度ごとに判定し、すべての物理量が各閾値を超えている深度領域を強調したグラフを生成して表示するようにしたので、特徴量画像の色の変化のみならず、特徴量の数値や閾位置を超えている範囲を把握することが可能であり、組織性状を定量的かつ正確に推定できる。
（実施の形態の変形例１）
本変形例１では、制御部３６が、一つの物理量と、観察対象の組織性状とが設定された場合に、他の物理量の閾値の設定を行う。物理量情報記憶部３７１は、上述した実施の形態のように、組織性状に対して各物理量の閾値が設定されている。本変形例１では、さらに、組織性状に関連付けて、定量的な推定を行うための物理量の組合せが予め設定されている。
これにより、ユーザが、一つの物理量と、観察対象の組織性状とを入力部３５を介して設定入力を行った場合、制御部３６は、物理量情報記憶部３７１を参照して、設定入力された物理量に対して組をなす物理量の設定を行う。その後、制御部３６は、設定入力された物理量と、該物理量と組みをなす一つまたは複数の物理量とについて、各物理量の閾値の設定を行う。このように、本変形例１によれば、観察したい組織性状と、少なくとも一つの物理量とを設定入力するのみで、観察対象の組織性状の物理量の設定を行うことができる。
なお、上述した変形例１では、組織性状と一つの物理量の設定入力が行われるものとして説明したが、組織性状について、一組の物理量の組合せが設定されているものであってもよい。この場合、組織性状の設定入力を行うのみで、観察対象の組織性状に対する物理量の組合せ設定、および閾値の設定を適切に行うことが可能である。
なお、物理量情報記憶部３７１が、一つの組織性状に対して物理量の閾値が複数設定されているようにしてもよい。例えば、膵癌用の特徴量ａの閾値として、１０（ｄＢ／ＭＨｚ）、２０（ｄＢ／ＭＨｚ）、３５（ｄＢ／ＭＨｚ）が設定され、各々この閾値以上である場合に、膵癌と推定することができる。この際、観察対象の組織性状と、少なくとも一つの物理量とが、ユーザにより設定入力される。組織性状に対して、各物理量の複数の閾値のうち優先的に選択される閾値を設定しておいてもよいし、ユーザが物理量の複数の閾値のうちのどの閾値を使用するかを選択するようにしてもよい。
（実施の形態の変形例２）
図１１は、本発明の一実施の形態の変形例２に係る超音波観測装置の表示装置における特徴量画像の表示例を模式的に示す図である。上述した実施の形態では、特徴量ａおよび特徴量ｃと、深度との関係を示すグラフにおいて、すべての物理量が各閾値を超えている深度領域を強調表示する（図１０参照）ものとして説明したが、本変形例２では、さらに、各物理量について閾値を超えた部分を強調表示する。例えば、図１１に示すように、特徴量ａについて閾値を超えた部分の曲線Ｌ1を強調表示するとともに、特徴量ｃについて閾値を超えた部分の曲線Ｌ2を強調表示する。これらの強調表示は、個別判定部３３５ａの判定結果に基づくものである。
（実施の形態の変形例３）
図１２は、本発明の一実施の形態の変形例３に係る超音波観測装置の表示装置における特徴量画像の表示例を模式的に示す図である。上述した実施の形態では、特徴量ａおよび特徴量ｃと、深度との関係を示すグラフにおいて、すべての物理量が各閾値を超えている深度領域を強調表示する（図１０参照）ものとして説明したが、本変形例３では、さらに、特徴量画像における注目音線の、すべての物理量が各閾値を超えている深度領域に対応する部分を強調表示する。例えば、図１２に示すように、注目音線Ｌ3の、すべての物理量が各閾値を超えている深度領域に対応する部分Ｌ4を強調表示する。
なお、上述した変形例２および変形例３を組み合わせて、すべての物理量が各閾値を超えている深度領域、各物理量において閾値を超えた部分の曲線、および特徴量画像における音線上の深度領域を強調して表示するようにしてもよい。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。上述した実施の形態では、二つの特徴量（特徴量ａ、ｃ）が物理量として設定されているものとして説明したが、設定する物理量はこれに限らない。本実施の形態において設定されうる物理量としては、例えば、周波数特徴量である特徴量ａ、特徴量ｂおよび特徴量ｃ、音速、硬さ、減衰量ならびにエラストが挙げられる。エラストは、組織の硬さに関する物理量であり、所定時間当たりの強度の変化量である。特徴量ａ、特徴量ｂおよび特徴量ｃ以外を物理量とする場合は、演算部３３が設定されている物理量を算出するようにしてもよいし、設定されている物理量を算出する物理量算出部を別途設けてもよい。
また、上述した実施の形態では、二つの物理量が設定され、この二つの物理量についてグラフを表示するものとして説明したが、これに限らず、三つ以上の物理量が設定されていれば、設定されている物理量についてそれぞれグラフが表示される。
また、上述した実施の形態では、二つの物理量が設定され、この二つの物理量が閾値を超えている場合に、強調表示するものとして説明したが、これに限らず、各物理量について、閾値を超えたか否かの条件をそれぞれ設定するようにしてもよい。例えば、特徴量ａが閾値を超え、特徴量ｃが閾値を超えない場合に強調表示を行うようにしてもよいし、特徴量ａおよび特徴量ｃがともに閾値より小さい場合に強調表示を行うようにしてもよい。このように、複数の物理量のうちの少なくとも一つの物理量が閾値を超えている場合に強調表示を行うようにしてもよいし、複数の物理量のうちのすべての物理量が閾値より小さい場合に強調表示を行うようにしてもよい。
また、上述した実施の形態では、物理量についてグラフと、超音波画像とを表示するものとして説明したが、これに限らず、グラフのみを表示してもよいし、グラフとＢモード画像とを表示してもよい。表示されたグラフが、判定結果に応じた表示態様を有していれば、上述した効果を得ることが可能である。
このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。
１ 超音波観測システム
２ 超音波内視鏡
３ 超音波観測装置
４ 表示装置
２１ 超音波振動子
３１ 送受信部
３２ 信号処理部
３３ 演算部
３４ 画像処理部
３５ 入力部
３６ 制御部
３７ 記憶部
２０１ 特徴量画像
２０２ 重畳画像表示部
２０３ 情報表示部
３３１ 増幅補正部
３３２ 周波数解析部
３３３ 特徴量算出部
３３３ａ 近似部
３３３ｂ 減衰補正部
３３４ 音線設定部
３３５ 判定部
３３５ａ 個別判定部
３３５ｂ 組合せ判定部
３４１ Ｂモード画像データ生成部
３４２ 特徴量画像データ生成部
３４３ グラフデータ生成部
３７１ 物理量情報記憶部
Ｃ1 周波数スペクトル

Claims (15)

  1. 観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置であって、
    前記超音波信号に基づいて複数のサンプリング点ごとに複数の種類の物理量を算出する物理量算出部と、
    前記超音波画像を構成する前記超音波の送受信方向に沿った複数の音線のうち注目する少なくとも一つの音線の設定を行う音線設定部と、
    前記複数の物理量について、前記音線設定部により設定された注目する音線上の前記複数のサンプリング点の物理量が閾値を超えるか否かを前記物理量の種類ごとに判定する個別判定部と、
    前記個別判定部による判定結果の組み合わせが、予め設定されている組み合わせになっている前記サンプリング点が存在するか否かを判定する組合せ判定部と、
    前記注目する音線上の前記複数の物理量と、前記超音波の受信深度との関係を示す各グラフに対して、前記組合せ判定部による判定結果に応じた表示態様を有するグラフデータを生成するグラフデータ生成部と、
    を備えたことを特徴とする超音波観測装置。
  2. 前記組合せ判定部は、前記複数の物理量のうちのすべての物理量が閾値を超えている前記サンプリング点が存在するか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
  3. 前記組合せ判定部は、前記複数の物理量のうちの少なくとも一つの物理量が閾値を超えている前記サンプリング点が存在するか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
  4. 前記組合せ判定部は、前記複数の物理量のうちのすべての物理量が閾値より小さい前記サンプリング点が存在するか否かを判定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
  5. 前記観測対象の観測項目に応じた前記複数の物理量の閾値、および前記複数の物理量の前記観測項目に対する対応関係を記憶する物理量情報記憶部と、
    前記観測項目および少なくとも一つの物理量の設定入力に応じて、設定入力された前記物理量と組をなす前記物理量を設定し、前記組をなす物理量について、各物理量の閾値の設定を行う制御部と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
  6. 前記グラフデータ生成部は、前記組合せ判定部による判定結果に加え、前記個別判定部による判定結果に応じた表示態様を有する前記グラフデータを生成する
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
  7. 前記超音波画像を含む超音波画像データを生成する超音波画像データ生成部をさらに備え、
    前記超音波画像データ生成部は、前記組合せ判定部による判定結果に応じて前記超音波画像の表示態様を有する前記超音波画像データを生成する
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
  8. 前記制御部は、前記超音波画像と、前記グラフとを並べて表示部に表示させる
    ことを特徴とする請求項５に記載の超音波観測装置。
  9. 前記超音波画像および前記グラフは、前記音線の方向と前記受信深度の方向とが揃っている
    ことを特徴とする請求項８に記載の超音波観測装置。
  10. 前記物理量情報記憶部は、前記観測対象の観測項目に応じた前記物理量の組合せを記憶する
    ことを特徴とする請求項２に記載の超音波観測装置。
  11. 前記超音波信号に基づいて生成される信号の周波数を解析することによって複数の周波数スペクトルを算出する周波数解析部をさらに備え、
    前記物理量算出部は、前記複数の特徴量の一つとして、前記周波数解析部が算出した周波数スペクトルに基づく周波数特徴量を算出する
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
  12. 前記物理量算出部は、前記周波数解析部が算出した周波数スペクトルを直線近似することによって前記周波数特徴量を算出する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の超音波観測装置。
  13. 前記周波数特徴量は、前記周波数解析部が算出した周波数スペクトルを近似することによって得られた傾き、切片およびミッドバンドフィットのうちの少なくとも一つである
    ことを特徴とする請求項１２に記載の超音波観測装置。
  14. 観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、
    物理量算出部が、前記超音波信号に基づいて複数のサンプリング点ごとに複数の種類の物理量を算出する物理量算出ステップと、
    音線設定部が、前記超音波画像を構成する前記超音波の送受信方向に沿った複数の音線のうち注目する少なくとも一つの音線の設定を行う音線設定ステップと、
    個別判定部が、前記複数の物理量について、前記音線設定部により設定された注目する音線上の前記複数のサンプリング点の物理量が閾値を超えるか否かを前記物理量の種類ごとに判定する個別判定ステップと、
    組合せ判定部が、前記個別判定部による判定結果の組み合わせが、予め設定されている組み合わせになっている前記サンプリング点が存在するか否かを判定する組合せ判定ステップと、
    グラフデータ生成部と、前記注目する音線上の前記複数の物理量と、前記超音波の受信深度との関係を示す各グラフに対して、前記組合せ判定部による判定結果に応じた表示態様を有するグラフデータを生成するグラフデータ生成ステップと、
    を含むことを特徴とする超音波観測装置の作動方法。
  15. 観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動プログラムであって、
    物理量算出部が、前記超音波信号に基づいて複数のサンプリング点ごとに複数の種類の物理量を算出する物理量算出手順と、
    音線設定部が、前記超音波画像を構成する前記超音波の送受信方向に沿った複数の音線のうち注目する少なくとも一つの音線の設定を行う音線設定手順と、
    個別判定部が、前記複数の物理量について、前記音線設定部により設定された注目する音線上の前記複数のサンプリング点の物理量が閾値を超えるか否かを前記物理量の種類ごとに判定する個別判定手順と、
    組合せ判定部が、前記個別判定部による判定結果の組み合わせが、予め設定されている組み合わせになっている前記サンプリング点が存在するか否かを判定する組合せ判定手順と、
    グラフデータ生成部と、前記注目する音線上の前記複数の物理量と、前記超音波の受信深度との関係を示す各グラフに対して、前記組合せ判定部による判定結果に応じた表示態様を有するグラフデータを生成するグラフデータ生成手順と、
    を前記超音波観測装置に実行させることを特徴とする超音波観測装置の作動プログラム。
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